Analytická chemie

Zahrnuje metody chemické analýzy a to jak kvantitativní, tak kvalitativní. Dokazujeme a stanovujeme. Využiti má v toxikologii, soudním lékařství, biochemii, vyhledávání drog atd.
Metody, které ACH používá:
a) fyzikální: (filtrace, destilace, krystalizace, sedimentace, gravimetrie atd)
b) chemické: (průkaz látky chemickou reakci)
c) biochemické (průkaz látky biochemickou reakcí ? činnost enzymů atd.)
Pracujeme s:
a) činidlem, pomocnou látkou (reagens ) ? jsou to rozpouštědla, látky, které s hledanou látkou reagují nebo které se reakce účastní jiným způsobem
b) vzorkem? tím je zjišťovaná látka
c) chemikáliemi- musí být chemicky nebo analyticky čisté, to platí i pro sklo: zkumavky, nálevky, kádinky, odměrné baňky, pipety a další. Vše musí být specielně myto, bez přítomnosti stop cizorodých látek. Ke konečnému stanoveni užíváme buď vlastni smysly – porovnáváni barev – kolorimetrie, zákalu nebo různé přístroje (voltmetry, galvanometry, spektrofotometry atd.) popřípadě mikroorganismy (průkaz dusičnanů ).
Kvalitativní rozbor
l. Orientační zkoušky:
a) zkouška v plameni
b) zkouška s ředěnou kys. sírovou
c) zkouška s koncentrovanou kys. sirovou
a)_Zkouška v plameni:
látka hoří
beze zbytku: jde o organické sloučeniny ( voda + C02)
se zbytkem: smíšené nebo anorganické sloučeniny
látka těká: může mít charakteristický zápach, např.amonné soli, rozklad močoviny
látka taje: alkalické soli, boritany a fosforečnany.
látka nehoří: mívá barevný, zbytek, sloučeniny alkalických kovů, pokud v ohni svítí jde o oxidy alkal.zemin.
látka barví plamen: užíváme k tomu ocelový nebo platinový drátek, opláchnutý v HCl a vyžíhaný.
světle fialové – Cs,K,Rb, purpurové – Li, červené- Sr, oranžové – Ca, zelené – Ba, Cu, B(OH)3.
látka vydává zápach při hoření : štiplavý – S02, karamelový – cukry, pálené kosti(rohovina) – bílkoviny.
Při vlastním provedeni kvalitativní analytické reakce se nejčastěji se provádějí reakce kapkovací, zkumavkové nebo na filtr.papíře probíhající chemické reakce). Rozdíl pouze v množství potřebného vzorku (a chemikálií). Provedení na kapkovací destičce: na kapkovací desku dáme kapku vzorku a přidáme kapku činidla. Promícháme a pozorujeme. Výsledek zapíšeme. Všechno nářadí musí být čisté, i pipetky a kapátka. Zvlášť samozřejmě stanovujeme kationy a anionty.
Reakce dělíme
skupinové: vždy určitá skupina iontů dává stejné reakce, nemusí patřit do téže skupiny PSP.
selektivní: jsou typické pro omezenou skupinu iontů, např.jde-li o směs iontů
specifické: přímý důkaz iontu v přítomnosti iontů jiných.
Jde tedy o postupné vylučovací metody, pomocí kterých určíme hledaný prvek.
Postupujeme tak, že nejprve vyhodnotíme:
Vzhled vzorku, fyzikální vlastnosti, např.barva, zápach, orientační zkoušky: rozpustnost ve vodě, pH.
Se vzorkem šetříme, aby nám vždy zbylo pro kontrolu.
1.Skupinové reakce:
Kationty:
dělíme je podle reakcí do 4 tříd.
I.třída kationtů:
stanovení je založeno na tom, že všechny chloridy jsou rozpustné ve vodě s výjimkou kationtů těžkých kovů (např.Ag,Pb,Hg).
skupinové reakční činidlo – 0,1 mol HCl (0,4%).
Přítomný kation výše jmenovaného prvku se srazí jako nerozpustný chlorid Ag1+ Pb2+, Cu1+ Hg1+,Ag – sraž.je bílá, na vzduchu šedne, je rozpustná v amoniaku. Ostatní sraženiny jsou bílé.
II.třída kationtů:
stanovení je založeno na nerozpustnosti některých síranů (hlavně Ca, Ba a Sr)
skupinové činidlo l mol H2SO4
a) sráží se přítomné nerozpustné sírany Pb+1 Ca2+ ( pouze ve velké koncentraci nebo po přidání alkoholu ), Sr2+ Ba2+
Všechny sraženiny jsou bílé.
b) další rozlišení síranu – činidla: sádrová voda a kyselina šťavelová.
Sádrová voda sráží: Ba a Pb hned,Sr několik minut,Ca se nesrazí.
kys.Štavelová sráží: Ca hned, Sr pomalu, Ba se nesrazí. Všechny sraženiny jsou bílé. Po přidání Na2S vznikne u Pb černá barva.
III třída kationtů:
Některé kationy se v přítomnosti zředěného amoniaku sráží, ale po přidání konc.amoniaku se rozpustí.
skupinové činidlo 0,l mol amoniak
sráží se nerozpustné hydroxidy Cr +3’Mn+2,Fe+2 Fe+3,Sn +2 Bi+3,Hg2+
Cr- špinavě zelená, Mn- růžová, Fe 2+3+ – rezavě hnědá, Sn, Bi,Hg – bílá. Ke sraženině přidáme kapku konc. amoniaku. Nerozpustí-li se sraženina, jsou to kationty třetí třídy.
IV. třída kationtů:
Tyto kationy jsou na rozdíl od kationů III.třídy v nadbytku amoniaku rozpustné
skupinové činidlo řed, a konc. amoniak
rozpustné v nadbytku amoniaku Cu+2 Ni+2 Co +2+3 Cd2+ Cu – modrá sraz. Ni – zelená Co – modrá Zn, Cd – bílá.
V. třída kationtů:
Tyto kationy se nesráží ničím.
Proto je musíme vždy zkusmo určit. Jde hlavně o Li, Na, K, Mg,a amonný kation.
Plamenné zkoušky.
Skupinové reakce některých aniontů:
sírany – viz sírany u kationtů
siřičitany ? po přidání HC1 zápach oxidu siřičitého vodný roztok malachitové zeleně se ihned odbarví
chromany – žlutá barva přechází v přítomnosti HCl na červený dichroman
dichromany – naopak, v přítomnosti NaOH přechází na žlutý chroman
fosforečnany – + molybdenová soluce + zahřátí – žlutá sraženina
uhličitany – + HC1, uniká CO2,, který se sráží na tyčince, smočené v hydroxidu barnatém
chloridy – s AgNO3 bílá sraženina,rozpustná v amoniaku
dusitany – + žlutá krevní sůl + kys.octová = intenzivní žluť.
dusičnany ? 1 ml konc.kys. sírové + zrnko difenylaminu, směsí podvrstvíme roztok ve zkumavce. Vznik modrého prstence.
Kvantitativní analýza
Separační metody:
vzorek se nejprve izoluje ( separuje ) a potom stanoví.
1)Extrakce: Užívá se pro získávání čistých látek a je založena na rozdělení látek do dvou rozpouštědel podle jejich rozpustnosti v nich. Každá látka má jinou rozpustnost organických a vodných rozpouštědlech. Nejčastěji se k tom užívá postup, který se nazývá vytřepávání.Přidáme-li k soustavě dvou vzájemně se nemísitelných látek látku třetí, pevnou, rozdělí se v těchto dvou vrstvách podle své rozpustnosti v nich. V dělicí bance potom získáme dvě vrstvy, ve kterých je rozpuštěna získávaná látka. Protože organické látky jsou lépe rozpustné v organických rozpouštědlech než ve vodě, můžeme je snadno extrahovat z vodných roztoků třepáním s organickými rozpouštědly, která se s vodou nemísí.
2)Chromatografie: Nazvaná podle původní metody, kdy se od sebe oddělovaly barevné látky (barviva květů). Využíváme zde:
a) rozdělovací chromatografie – různé rozpustnosti ve směsi rozpouštědel, kdy jeden roztok je napuštěn (ukotven) na filtračním papíře a druhý papírem volně protéká. Například Papírová chromatografie -látka se rozdělí mezi zakotvenou a pohyblivou fázi rozpouštědla na papíře. Může být kruhová, vzestupná, sestupná, atd. hodnotí se zde tzv.Rf faktor, který je pro danou látku nezaměnitelný a je to podíl vzdálenosti středu od startu ku vzdálenosti čela rozpouštědla od startu.
b) absorpční chromatografie ? různé schopnosti absorpce na nosič, kterým může být různý materiál ? oxid hlinitý, silikagel, celuloza, škrob atd.
Mezi další způsoby dělení patří též plynová ,sloupcová ,afinitní a další chromatografie.
3)Destilace: dělení látek podle odlišného bodu varu. Užití jen i látek, které se teplem nerozkládají.
4)Krystalizace:dělení látek podle různých krystalizačních soustav
5)Dialýza: látky se dělí podle své molekulové hmotnosti za použití polopropustné membrány (celofán).
6)Elektroforéza: dělení látek podle jejich náboje a pohyblivosti ve stejnosměrném elektrickém poli.
Základy odměrné analýzy
Provádíme po izolaci vzorku pomocí některé ze separačních metod. Velmi často se ke stanovení koncentrace izolovaného vzorku užívají metody odměrné analyzy. Jsou založeny& na měření spotřeby objemu roztoku činidla o přesně známé koncentraci, kterou potřebujeme k tomu, aby úplně proběhla chemická reakce mezi stanovovanou složkou a tímto činidlem. Jde o určení bodu ekvivalence ? bodu rovnováhy.Nezapomeneme, že jde vždy a vždycky jen a jen o jeden jediný typ chemické rovnice, kdy na levé straně je vzorec činidel a vzorku a na pravé výsledek jejich reakce.Postup je tedy vždy stejný:
Látku, kterou stanovujeme (odměrný roztok), dáváme do odměrné banky a přidáváme k ní předepsané množství indikátoru. Látku, s jejíž pomocí vzorek stanovujeme (titrační činidlo), dáváme do byrety a její koncentraci je nutno znát co nejpřesněji. Tím, že do banky ke vzorku přidáváme roztok činidla z byrety(titrujeme), provádíme chemickou reakci. Protože ale průběh reakce špatně odhadujeme, přidává se do vzorku indikátor, který barevnou změnou upozorní na okamžik, kdy je reakce ukončena. Proto je tak důležité, ukončit titraci hned při prvním zpozorování stálé změny indikátoru.Vlastní výpočet se provádí vždy stejně u všech aplikačních metod a vychází z reakčních rovnic:
V1= objem činidla v byretě
C1= koncentrace tohoto činidla v molech (pokud je v %, musíme přepočítat)
V2= objem vzorku v bance
C2= koncentrace vzorku v bance, (kterou neznáme).
Výsledný základní vzorec pro výpočet vypadá takto:
C2= C1 x V1/ V1
Přehled metod:
1.Neutralizační metody
a)alkalimetrie
b)acidimetrie
2.Srážecí metody – Argentometrie,
3.Komplexotvomé metody
a) chelatometrie
b) merkurimetrie
Základy spektrální analýzy
Metody této skupiny jsou založeny na sledování různých optických vlastností látek v závislosti na vlnové délce záření nebo jí úměrné veličině.V běžné praxi se často využívá absorpčních schopností látek ( schopnost pohlcovat světlo). Jde o aplikaci Lambert-Beerova zákona.
Bude-li intensita monochromatického (jednobarevné) dopadajícího záření o dané délce = Io a intensita záření z prostředí vycházejícího I , pak poměr I / Io udává množství nepohlceného světla.
Schopnost pohlcovat záření dané vlnové délky označujeme jako propustnost = Transmitance = T. Transmitance je vyjádřena ve stupnici procent, maximální je 100%.
Lambert empiricky odvodil, že propustnost T je exponenciální fimkcí tloušťky absorbující vrstvy I/Io = e d ( e = Eulerovo číslo ).
K praktickým účelům používáme tento zákon v logaritmické formě, protože uvedená závislost vynesená jako graf není často dobře čitelná.
logT = A (absorbance, extinkce)
A = -log I/Io= e.c.d e = (extinkční koeficient = konstanta úměrnosti)
Beer ukázal, že u roztoků, kde nedochází ke komplikacím se štěpením molekul, k reakcím s rozpouštědlem atd. je tento koeficient úměrný počtu absorbujících molekul, tj.molární koncentraci.Potom

a= e. c
a = konstanta
>Celá závislost je pak vyjádřena vztahem: A = s. c. d
s má rozměr cm2 /milimol
Absorbance závisí na abs.mol.koefientu, koncentraci a síle vrstvy. Protože látky nepohlcují záření všech vlnových délek stejně intensivně, vznikají tzv. absorpční spektra neboli absorpční křivky. Představují závislost nějaké veličiny, charakterizující sílu absorpce ( T ,B , A ) na veličině, která vyjadřuje kvalitu záření ( vlnová délka, vlnočet nebo frekvence).
l. Nejstarší metodou, založenou na tomto zákoně je
KOLORIMETRIE
Spočívá ve vizuálním porovnávání intenzity zbarvení vzorku a standardu. Porovnáváme buď roztok vzorku se sadou různě koncentrovaných roztoků o stejné síle vrstvy nebo měníme tlouštku absorbující vrstvy, dokud se nedosáhne shodné absorbance.
FOTOMETRIE
Jde o objektivní měření prošlého světla. Užívají se fotometry (k vytvoření monochromat. světla se užívají filtry) nebo spektrofotometry, které obsahují monochromátor ( vytváří pouze jednu vlnovou délku )..
Monochromátory:
a) Mřížka: jde o levnější variantu. Je to plocha z transparentního materiálu, opatřená řadou rovnoběžných vrypů. Principem je ohyb a odraz záření. Čím větší vlnová délka, tím větší je ohyb. Vymezení monochrom, záření mřížkou je pro běžná měření postačující.<
b) Hranol: Jde o prostý rozklad světla hranolem, tak, jak ho známe z fyziky. Vzhledem k ceně hranolu jsou tyto spektrofotometry mnohem dražší.